專利名稱：一種浸礦用菌種快速培育裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于特殊采礦領(lǐng)域，涉及一種浸礦用菌種快速培育裝置，適用于金屬 硫化礦細(xì)菌浸出技術(shù)。
背景技術(shù)：
在礦產(chǎn)資源日益短缺以及環(huán)保要求不斷嚴(yán)格的今天，溶浸采礦技術(shù)倍受人們關(guān) 注。與傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)相比，細(xì)菌浸礦技術(shù)具有投資省、成本低、所需能源 少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在世界采礦界內(nèi)被譽(yù)為"綠色開采工藝"和"安全采礦技術(shù)"， 其發(fā)展前景十分廣闊。
與常規(guī)堆浸相比，細(xì)菌堆浸的浸出劑中含有大量的浸礦細(xì)菌，細(xì)菌堆浸的主要任 務(wù)是制備菌液，因此，快速培育細(xì)菌的反應(yīng)器就成為細(xì)菌堆浸的關(guān)鍵裝置。
目前用于浸出金屬硫化礦的常用菌種為氧化亞鐵硫桿菌。細(xì)菌在人工培育引入浸 堆后靠其自然繁衍，故浸礦細(xì)菌濃度較低，只有1(T 105個(gè)/mL，細(xì)菌傳代周期長，細(xì) 菌活性小，在溶浸液中Fe"濃度低。針對這種不足，人們在細(xì)菌培育裝置上進(jìn)行了的 探索，如將水處理生物接觸氧化槽的設(shè)計(jì)理念引進(jìn)到鈾礦堆浸的菌液制備中。目前生 物接觸氧化槽已經(jīng)在鈾礦細(xì)菌浸出上得到初步應(yīng)用，但氧化槽沒有保溫功能、槽體占 地面積大、槽內(nèi)溶液容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象、槽體數(shù)量較多等問題，限制了在堆浸礦山的 推廣應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種新型的浸礦細(xì)菌立式快速連續(xù)培養(yǎng)裝置，該裝 置能夠克服目前生物接觸氧化槽存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌培育連續(xù)，提高細(xì)菌濃度，縮 短培育周期，從而滿足工業(yè)化堆浸所需大量優(yōu)質(zhì)浸礦菌液的要求。
本實(shí)用新型主體由立式圓筒倉1、硫酸容器2、培養(yǎng)基容器3、溢流槽4、生物膜 填料支架5、曝氣器6、清水噴嘴7、計(jì)量泵8和貧液入口 9組成，如圖1所示。
硫酸容器2、培養(yǎng)基容器3位于立式圓筒倉1頂部，溢流槽4設(shè)于立式圓筒倉1 倉頂內(nèi)側(cè)下方0.5m 1.0m處，生物膜填料支架5放置于立式圓筒倉1內(nèi)側(cè)中部，曝氣 器6和清水噴嘴7位于立式圓筒倉1底部內(nèi)側(cè)，清水噴嘴7位于曝氣器6下方。立式 圓筒倉1內(nèi)倉頂內(nèi)側(cè)、生物膜填料支架5上方設(shè)置一系列檢測儀表，主要有pH儀10、
電位儀ll、溶氧儀12、溫度計(jì)13、離子濃度儀14等。細(xì)菌貧液從倉底貧液入口9 流入，向上通過生物膜填料支架5，細(xì)菌富液從溢流槽4流出，并采用計(jì)量泵8加入 溶浸液主管道中。
立式圓筒倉1高徑比為2~20，直徑2.5 15.0m，上部為圓柱體15，底部為圓錐體 16，如圖2所示。圓柱體15采用三層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為承重層17、保溫層18 和防腐層19。承重層17由鋼筋混凝土組成，標(biāo)號(hào)為C30 C50，厚度為200mm 400mm。 保溫層18由泡沫混凝土、加氣混凝土或充氣混凝土組成，容重400kg/m3 700kg/m3， 強(qiáng)度1 5MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.09 0.17W/m.K。防腐層19由高密度聚乙烯(HDPE)或聚 氯乙烯(PVC)軟板組成，厚度為l 2.5mm，搭縫處焊接。圓錐體16可采用鋼板焊 接而成，厚度為10 20mm，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層防腐層19。
硫酸容器2為PVC圓桶，體積為立式圓筒倉1的0.05% 0.2%， 一端用塑料耐酸 泵與貯酸槽相連，另一端用電動(dòng)執(zhí)行器來控制流量。培養(yǎng)基容器3材質(zhì)與硫酸容器2 相同，內(nèi)盛細(xì)菌生長所需的培養(yǎng)基藥劑，形態(tài)為液體。溢流槽4可用塑料板焊接而成。
生物膜填料支架5在圓柱體15內(nèi)均勻布置，其垂直間距2 5m，材質(zhì)為巾r ~ 4)2' PVC塑料管。在生物膜填料支架5上縱橫交錯(cuò)敷設(shè)尼龍繩20，在尼龍繩20上 再敷設(shè)彈性波紋立體填料21，填料21是生物工藝膜的核心和細(xì)菌的載體，是由聚丙 烯微波紋拉絲加工成的絲條，均勻排列，運(yùn)行時(shí)，支架5和填料21完全淹沒在液面 以下，如圖3所示。
曝氣器6和清水噴嘴7結(jié)構(gòu)相同，由堵頭22、管身23、乳膠管24、小孔25、螺 紋26組成，如圖4所示。管身23采用PVC塑料管制作而成，直徑為4)l/2' ~4>1'， 其上均勻布置小孔25，孔徑為4) lmm 4)3mm，網(wǎng)度為3 X 3mm 9X 9mm，外側(cè)采用 乳膠管24緊裹。清水噴嘴7通過螺紋26以快速接頭聯(lián)接到清水環(huán)管上，主要作用是 調(diào)節(jié)培育裝置溶液的酸度。曝氣器6通過螺紋26以快速接頭聯(lián)接到氣管上，作用是 提供細(xì)菌快速繁殖所需的氧氣和二氧化碳。
細(xì)菌快速培育的工作流程是由清水噴嘴7向立式園筒倉1加入清水，由硫酸 容器2加入硫酸，根據(jù)酸度儀10調(diào)整溶液pH值至設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，由培養(yǎng)基容器3加入 細(xì)菌培養(yǎng)基，根據(jù)離子濃度儀14調(diào)整至設(shè)計(jì)范圍。在園筒倉頂加入采集的細(xì)菌，開 始培育細(xì)菌。由曝氣器6加入空氣，根據(jù)溶氧儀12調(diào)整曝氣器6的空氣流量。根據(jù) 溫度儀13保持倉內(nèi)溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。初期在倉頂取樣分析細(xì)菌濃度，并與電位儀 11數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，后期由電位儀來間接監(jiān)測細(xì)菌濃度。當(dāng)細(xì)菌濃度沒有達(dá)到要求，
此時(shí)認(rèn)為是細(xì)菌貧液，由計(jì)量泵8經(jīng)三通至貧液泵、管道及貧液入口 9進(jìn)入園筒倉內(nèi)， 繼續(xù)在倉內(nèi)培育。正常期間，細(xì)菌貧液來自堆場的浸出液。貧液在園筒倉內(nèi)進(jìn)行連續(xù) 大規(guī)模工業(yè)化培育。當(dāng)細(xì)菌濃度達(dá)到要求后，由計(jì)量泵8泵入溶浸液主干管，與浸液 液按一定比例混合形成浸礦劑。
本實(shí)用新型占地面積小、動(dòng)力消耗低、保溫性能好，流體流向與生物膜填料垂直， 生成的生物膜易脫落、更新快。具有成本低、投資少、工藝流程短、設(shè)備簡單、自動(dòng) 化程度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)將細(xì)菌貧液培養(yǎng)成細(xì)菌富液，滿足礦山企業(yè)細(xì)菌 浸出的要求，適用于有色、貴金屬、稀有金屬、黃金、鈾礦等適用于細(xì)菌浸出的礦山 企業(yè)。


圖l 細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖2 立式筒倉結(jié)構(gòu)示意圖3 填料支架及填料結(jié)構(gòu)示意圖4 清水噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖5 井下立式筒倉結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)例一
某礦于地表建立一濕法廠，采用細(xì)菌浸出次生硫化礦。曾采用臥式貯液池培育浸 礦細(xì)菌，終因處理量小而無法滿足浸礦要求，只好停止使用，細(xì)菌在礦堆內(nèi)任其自然 繁殖。在貧液池旁建一立式筒倉培育浸礦細(xì)菌，如圖1所示，上部為圓柱體，下部為
圓錐體，直徑10m，倉體高度25m，有效容積1500m3。倉體結(jié)構(gòu)分三層，即承重層、 保溫層和防腐層，如圖2所示。承重層由鋼筋混凝土組成，標(biāo)號(hào)為C30，厚度為200mm。 保溫層由泡沫混凝土、加氣混凝土活充氣混凝土組成，容重400kg/m3，強(qiáng)度lMPa， 導(dǎo)熱系數(shù)0.09W/m.K，目的在于確保倉內(nèi)溫度在20 3CTC以內(nèi)，并減小倉內(nèi)溫度的波 動(dòng)幅度。防腐層由高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)軟板組成，厚度為 l~2.5mm，搭縫處焊接，保證酸液不外滲。圓錐體部分采用鋼板焊接而成，厚度為 10 20mm,主要是便于安裝曝氣器和清水噴嘴。倉頂硫酸容器體積為1.5m3，培養(yǎng)基 容器體積為3.0m3。初期用于配制含鐵的9K培養(yǎng)基，后期不再添加鐵鹽。生物膜填 料支架共設(shè)4層，并在其上均勻鋪設(shè)彈性波紋立體填料，如圖3所示，支架和填料完 全淹沒在液面下面。在倉底設(shè)兩層曝氣器共45個(gè)，用于調(diào)節(jié)倉內(nèi)氧氣，其仰角在30
° 60°之間變化，使氣泡在倉內(nèi)分布均勻。清水噴嘴共設(shè)10個(gè)，用于稀釋倉內(nèi)細(xì)菌 溶液的酸度，噴嘴通過螺紋以快速接頭聯(lián)接到氣管或清水環(huán)管上，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。 倉內(nèi)配制pH儀、電位儀、溶氧儀、離子濃度，分別監(jiān)測細(xì)菌繁殖過程中倉內(nèi)的酸度、 電位值、溶氧值、溫度值、離子濃度值。運(yùn)行時(shí)細(xì)菌貧液從倉底流入，連續(xù)向上通過 生物膜填料架，流體與填料多次垂直切割，細(xì)菌富液從倉頂溢流槽流出。倉內(nèi)細(xì)菌溶 液的酸度根據(jù)pH儀的讀數(shù)來調(diào)整，保持在1.8~2.5之間，當(dāng)pH值高于2.5時(shí)，連接 硫酸容器的電動(dòng)執(zhí)行器開啟，向倉內(nèi)加入硫酸；當(dāng)pH值低于1.8時(shí)，通過倉底清水 噴嘴補(bǔ)充清水來降低酸度。當(dāng)需要供應(yīng)氣體或清水時(shí)，包裹清水噴嘴管身的乳膠管在 壓力作用下擴(kuò)張，空氣或清水從乳膠管與管身之間的空隙中進(jìn)入倉內(nèi)；停止供氣或清 水后，乳膠管收縮，乳膠管與管身之間的空隙閉合，阻擋菌液進(jìn)入曝氣器或清水噴嘴 內(nèi)，有效地防止了菌液外泄。離子濃度儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測倉內(nèi)細(xì)菌溶液的濃度高低，當(dāng)鐵、 氮、鎂、磷離子濃度低于標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基的50%時(shí)，通過培養(yǎng)基容器加入培養(yǎng)基，當(dāng)鐵、 氮、鎂、磷離子濃度超過標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基的120%時(shí)，可停止添加培養(yǎng)基。培養(yǎng)的合格菌 液濃度達(dá)到107個(gè)/1111數(shù)量級(jí)，以10%的接種量通過計(jì)量泵進(jìn)入噴淋主干管。 實(shí)例二
某礦山采用井下就地破碎細(xì)菌浸出法開采低品位硫化礦，設(shè)計(jì)在井下利用一溜礦 井改造成立式細(xì)菌連續(xù)快速培育裝置，如圖5所示。原溜礦井直徑為2m，高度為60m。 首先將溜礦井?dāng)U幫到3.5m，邊擴(kuò)邊采用管縫式錨桿進(jìn)行加固，錨桿長度2.0m，網(wǎng)度 為1.0mX1.0m。接著進(jìn)行澆筑混凝土加固，厚度250mm，強(qiáng)度C30，構(gòu)成承重層17。 內(nèi)側(cè)鋪設(shè)PVC軟板，搭縫處焊接，構(gòu)成防腐層19。由于井下巖體具有保溫作用，因 此不再構(gòu)筑保溫層。距溜井底部5m處構(gòu)筑圓錐體16，圓錐體角度為60。，材質(zhì)為鋼 板，內(nèi)側(cè)為PVC軟板。倉頂設(shè)硫酸容器和培養(yǎng)基容器，均為l.Om3。倉內(nèi)設(shè)10層填 料支架，并鋪設(shè)填料。倉底設(shè)曝氣器，兩層曝氣器位于圓錐體中。細(xì)菌貧液從倉頂流 入，細(xì)菌富液從倉底流出，而氣體向上流動(dòng)，構(gòu)成氣-液逆向兩相流。倉內(nèi)配制pH儀、 電位儀、溶氧儀、離子濃度以及液位計(jì)，分別監(jiān)測倉內(nèi)溶液的酸度、電位值、溶氧量、 多種離子濃度和液位高度，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌培養(yǎng)智能化。為了滿足井下細(xì)菌浸出的需要，共 設(shè)3個(gè)井下立式筒倉細(xì)菌培養(yǎng)裝置并聯(lián)使用，有效容積達(dá)1200 m3。
權(quán)利要求1、一種浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于由立式圓筒倉(1)、硫酸容器(2)、培養(yǎng)基藥劑容器(3)、溢流槽(4)、生物膜填料支架(5)、曝氣器(6)、清水噴嘴(7)、計(jì)量泵(8)以及貧液入口(9)組成，硫酸容器(2)和培養(yǎng)基藥劑容器(3)位于立式圓筒倉(1)頂部，溢流槽(4)設(shè)于立式圓筒倉(1)倉頂內(nèi)側(cè)下方0.5m～1.0m處，一端連接計(jì)量泵(8)，生物膜填料支架(5)水平放置于立式圓筒倉(1)中部，曝氣器(6)和清水噴嘴(7)位于立式圓筒倉(1)底部內(nèi)側(cè)，清水噴嘴(7)位于曝氣器(6)下方，立式圓筒倉(1)內(nèi)倉頂內(nèi)側(cè)、生物膜填料支架(5)上方設(shè)置一系列檢測儀表，主要有pH儀(10)、電位儀(11)、溶氧儀(12)、溫度計(jì)(13)、離子濃度儀(14)。
2、 如權(quán)利要求1所述的浸礦用細(xì)菌快速培育裝置，其特征在于立式圓筒倉 (1)的上部為圓柱體(15),底部為圓錐體(16)，圓柱體(15)采用三層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為承重層(17)、保溫層(18)和防腐層(19)。
3、 如權(quán)利要求2所述的浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于承重層(17) 由鋼筋混凝土組成，標(biāo)號(hào)為C30 C50，厚度為200mm 400mm，保溫層(18)由泡 沫混凝土、加氣混凝土或充氣混凝土組成，其容重在400kg/m3 700kg/m3，強(qiáng)度 l-5MPa之間，導(dǎo)熱系數(shù)在0.09~0.17W/m.K，防腐層(19)由高密度聚乙烯(HDPE) 或聚氯乙烯(PVC)軟板組成，厚度為l 2.5mm，搭縫處焊接。
4、 如權(quán)利要求2所述的浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于圓錐體(16) 采用鋼板焊接而成，厚度為10 20mm，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層防腐層(19)。
5、 如權(quán)利要求1所述的浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于所述的硫酸 容器(2) —端用塑料耐酸泵與貯酸槽相連，另一端用電動(dòng)執(zhí)行器來控制流量。
6、 如權(quán)利要求1所述的浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于所述的生物 膜填料支架(5)在圓柱體內(nèi)均勻布置，材質(zhì)為4)1' ~4>2' PVC塑料管，在支架上 縱橫交錯(cuò)敷設(shè)尼龍繩，在尼龍繩上再敷設(shè)彈性波紋立體填料。
7、 如權(quán)利要求1所述的浸礦用菌種快速培育裝置，其特征在于所述的曝氣 器(6)和清水噴嘴(7)由堵頭(22)、管身(23)、乳膠管(24)、小孔(25) 以及螺紋(26)組成，管身(23)采用PVC塑料管制作而成，其上均勻布置小孔(25)， 管身外側(cè)采用乳膠管(24)緊裹。
專利摘要一種浸礦用菌種快速培育裝置，涉及金屬硫化物礦細(xì)菌的浸出技術(shù)。本實(shí)用新型主體由立式圓筒倉、硫酸容器、培養(yǎng)基藥劑容器、溢流槽、生物膜填料支架、曝氣器、清水噴嘴、計(jì)量泵和貧液入口組成。生物膜填料在倉內(nèi)分布均勻，流體流向與生物膜填料完全垂直，細(xì)菌貧液從倉底流入，連續(xù)向上通過生物膜填料架，溶液多次被填料重復(fù)切割，細(xì)菌富液從溢流槽流出，生成的生物膜易脫落、更新快。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)培育細(xì)菌，提高細(xì)菌濃度，縮短培育周期，從而滿足工業(yè)化堆浸所需大量優(yōu)質(zhì)浸礦菌液的要求。
文檔編號(hào)C22B3/00GK201193227SQ20082007948
公開日2009年2月11日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者馮巨恩, 吳愛祥, 勃 周, 王少勇, 王洪江, 斌 韓 申請人:北京科技大學(xué)